Polymer composites have attracted widespread interest due to their versatile properties and broad applications across various industries, including biomedical, aerospace, electronics, and packaging. In this study, thermoplastic polyurethane (TPU) composites were fabricated via a melt-mixing process with nanocellulose, a biomass-based nanofiller known for its sustainability and mechanical potential. To improve the compatibility between hydrophilic nanocellulose and hydrophobic TPU matrix, cellulose nanocrystals (CNCs) were surface-modified with two different silane coupling agents: 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) and octyltriethoxysilane (OTES). Cellulose nanofibrils (CNF) were also utilized for comparison as a distinct type of nanocellulose. Mechanical test revealed that the incorporation of nanocellulose reduced the tensile strength and elongation at break of TPU composites. Nevertheless, stiffness was generally enhanced, particularly with surface-modified CNCs. These results highlight the importance of the surface chemistry of nanofillers in engineering the mechanical performance of TPU-based nanocomposites.

고분자 복합체는 생체의료, 항공우주, 전자, 포장 등 다양한 산업 분야에서 우수한 특성과 폭넓은 응용 가능성으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 바이오매스 기반 나노필러인 나노셀룰로오스를 열가소성 폴리우레탄(TPU)과 용융 혼합하여 복합체를 제조하였다. 친수성 나노셀룰로오스와 소수성 TPU 매트릭스 간의 상용성을 개선하기 위해, CNC의 표면을 3-아미노프로필트라이에톡시실란(APTES)과 옥틸트라이에톡시실란(OTES)이라는 두 가지 실란 커플링제를 이용해 개질하였다. 또한, 비교를 위해 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 활용한 복합체도 함께 제조하였다. 기계적 물성 평가 결과, CNC의 도입은 TPU 복합체의 인장 강도와 파단 신율을 감소시켰으나, 표면 개질된 CNC를 사용한 경우 강성은 향상되는 경향을 보였다. 이러한 결과는 TPU 기반 나노복합재의 기계적 성능을 설계함에 있어 나노필러의 표면 화학이 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.

Keywords: nanocellulose, thermoplastic polyurethane, composites, silane coupling agents.